Aufgaben zur Induktion, Relativität und Schwingkreis - Treminer.de

Qualifikationsstufe 11 Physik - Kurs 1 © Markus Baur Aufgaben
Wiederholungsaufgaben
1. Ein elektrischer Leiter der Länge l = 12,0 cm rollt mit konstanter Geschwindigkeit 4,50 m s
auf einem Drahtgestell über ein homogenes Magnetfeld der Stärke 5,00 mT. Die Bewegung
erfolgt senkrecht zu den Feldlinien des Magnetfelds.
Magnetfeldrichtung
•
H
•
A
•
B
•
G
l
a) Erkläre, warum hier eine Induktionsspannung zu messen ist.
b) Bestimme durch Rechnung die Stärke der induzierten Spannung.
c) Zwischen den Punkten A und B wird nun ein Widerstand von 10,0 Ω eingebaut. Bestimme
nun durch Rechnung die Kraft, die der Leiter aufgrund seiner Rollbewegung
erfährt und bestimme die Richtung der wirkenden Kraft.
d) Zeige mit einer geeigneten Rechnung, dass die gegen die in b) ausgerechnete Kraft
zu leistende Arbeit genau der Energie entspricht, die durch den Induktionsstrom
bereitgestellt wird.
2. Eine Leiterschleife besitzt die Form eines Quadrats mit der Kantenlänge s = 4,00 cm. Sie
befindet sich vollständig in dem homogenen Magnetfeld mit der magnetischen Flussdichte
B = 4,50 mT.
a) Bestimme durch Rechnung den magnetischen Fluss und erkläre, warum in dieser
Situation keine Induktionsspannung gemessen werden kann.
b) Die Leiterschleife wird nun senkrecht zu den Magnetfeldlinien des vorher beschriebenen
Magnetfelds bewegt. Prüfe, ob in diesem Fall eine Induktionsspannung auftreten
kann.
c) Die Leiterschleife wird mit konstanter Geschwindigkeit aus dem Magnetfeld komplett
herausbewegt. Bestimme durch Rechnung die die auftretende Induktionsspannung.
3. Eine langgestreckte Zylinderspule besitzt 10000 Windungen. Der Radius der Spule beträgt
0,0450 m. Die Spule besitzt eine Länge von 80,0 cm.
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Qualifikationsstufe 11 Physik - Kurs 1 © Markus Baur Aufgaben
a) Berechne die Induktivität der Spule.
b) Erkläre, welche Veränderung der Induktivität eintritt, wenn man die Windungszahl
halbiert.
c) Wie würde sich die Induktivität der Spule verändern, wenn die eine Hälfte der Windungen
im Uhrzeigersinn und die andere Hälfte gegen den Uhrzeigersinn gewickelt
werden?
4. Ein elektromagnetischer Schwingkreis schwingt mit einer Frequenz von 140 kHz. Die verwendete
Spule besitzt eine Induktivität von 25,0 mH.
a) Erstelle ein sorgfältig beschriftetes Schaltbild des elektrischen Schwingkreises und
erkläre das Zustandekommen der Schwingung.
b) Bestimme die Kapazität des verwandten Kondensators.
c) Erkläre, wie sich die Frequenz qualitativ ändern würde, wenn man eine Spule mit
Eisenkern verwenden würde.
5. Eine Rakete befindet sich auf einem Flug mit konstanter Geschwindigkeit 0,40 · c relativ
zur Erde. Ein Astronaut bemerkt, dass er eine Strecke von 2,50 km durchflogen hat. Der
Astronaut hat eine Masse von 80,0 kg.
a) Bestimme, welche Strecke das Raumschiff in dem Bezugsystem Erde zurücklget.
b) Bestimme die Gesamtenergie des Astronauten im System Erde und seinen relativen
Impuls gegenüber der Erde.
c) Eine zweite Rakete bewegt sich in die gleiche Richtung wie die erste Rakete und
besitzt gegenüber der ersten Rakete eine relative Geschwindigkeit von 0,1 c. Berechne
die relative Geschwindigkeit dieser Rakete gegenüber der Erde.
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